专利名称：集成电路全功能家庭用电总保护器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及家庭安全用电的一种集成电路全功能总保护器。
目前，作为整个家庭用电的全功能总保护装置还无专门产品问世，但仅对某一种家用电器(如彩电、空调、冰箱或风扇等)进行保护的装置品种较多，性能各不相同。单一家用电器保护装置只能保护某一特定的家用电器，对其它家庭用电设备，特别是人身意外触电或漏电事故不能进行可靠的保护。对于整个家庭用电系统的保护而言，大多均只设置了熔断器(又称保险)进行过流保护。但有时却因熔丝(又称保险丝)的选用不当而失去了保护作用。熔丝的熔断电流值选取过大(有的甚至采用铜丝代替熔丝)，过流时熔丝不被熔断，既不起保护作用，又极易损坏用电设备或发生“电起火”的严重现象；熔丝的熔断电流值选取过小，未过流时熔丝却熔断了，不能保证家庭的正常用电。
当前，高中档家用电器正大量涌入家庭，因而家庭用电系统对电源的质量要求就随之越来越高；同时，希望有一种保护装置能在用电系统处于瞬间断电复电、过压、欠压、过流或过负荷、触电或漏电等非正常状态时，进行及时可靠地保护。为此，本实用新型的目的是为家庭用电系统提供一种设计合理、电路简单、功能齐全、动作准确可靠、适用性强、成本较低的集成电路全功能家庭用电总保护器。
本实用新型由NE555集成元件(IC)、2个电感器(L1、L2)、电流互感器(LH1)、零序电流互感器(LH2)、14个二极管(D1至D14)、3个稳压二极管(WD1至WD3)、2个发光二极管(FD1、FD2)、4个微调电阻(W1至W2)、12个电阻(R1至R12)、12个电容(C1至C12)、漏电试验按钮(AN)和小型继电器(J)构成。
现结合附图
，对本实用新型的工作原理及功能作进一步说明。
本实用新型一般安装在家庭的单相电度表附近或家用电源进户线处，A、N端分别接电度表输出端或进户线的火线和零线，a、n端分别为家庭用电系统的火线和零线。
1.220伏交流电源经A、N端通过L1和L2的抗干扰滤波、C1降压、D1至D4全波整流、WD1稳压和C2滤波后，建立了本机直流工作电源(VCC)。
① 当电源接通时，由于接在IC的下比较器反向输入端2脚的C10上的电压不能跃变，2脚电位低于1／3VCC，IC动作，其3脚输出高电位，使J的线圈两端等电位(J的线圈一端接VCC，另一端通过R8接3脚)，J释放，IC内部的放电管截止，其7脚与“地”断开，延时电路开始工作。VCC由D5、R1、R2、C3向C4充电，当充到IC的上比较器6脚电位大于2／3VCC时，IC动作，其3脚输出低电位，J因其线圈带电而吸合，J的一对常开触点闭合，交流电源由A、N端输入，a、n端输出；同时，IC内部的放电管导通，其7脚接“地”。当本实用新型第一次接通电源使用时，交流电源将几乎不延时就输出，其原理详见断电时间记忆部分的叙述。
② VCC经R7、FD1、IC的3脚和“地”形成回路，正常指示灯FD1亮；同时，保护指示灯FD2因其两端等电位而不亮。
③ VCC通过D5、R1向C3充电(正常工作时，C3负端通过IC的7脚、内部放电管而接“地”)，为本实用新型断电复电延时供电和断电时间记忆功能的实现做好准备。
2.断电复电延时供电和断电时间记忆。交流电源断电时，J释放，FD1和FD2灭，C3经R1和R2放电。复电时，仅管交流电源输入到A、N端和VCC已建立，但由于C10上的电压不能跃变，IC的2脚电位低于1／3VCC，IC动作，其3脚呈高电位，J仍释放，FD1灭，FD2亮，a、n端无交流电源输出。此时，断电复电延时电路开始工作。
① 交流电源瞬间断电复电时，由于复电快，C3来不及放电，VCC经D5、R2向C4充电。当C4上的电压达到2／3VCC(即IC的6脚电位)时，IC动作，其3脚输出低电位，J吸合，FD1亮，FD2灭，本实用新型自动恢复正常供电。本实用新型由R2和C4组成的瞬间断电复电延时时限为6至7分钟，重复精度±5秒。
② 断电时间记忆。断电后C3经R1和R2放电的过程就是交流电源断电时间的记忆过程，断电时间的长短决定了C3放电的程度。非瞬间断电复电时，VCC主要由R1、C3向C4充电，当C3充满后则VCC由R2向C4充电。因此，断电时间长，C3放电多，复电时向C4的充电也多，延时供电时限就短；反之，时限就长。这样，相对于瞬间断电复电延时供电而言，本实用新型非瞬间断电复电延时供电的延时时限就可依据由C3、R1和R2组成的放电电路所记忆的实际断电时间而相应缩短；当断电时间超过8分钟后复电时，延时供电时限不超过1秒钟就自动恢复供电。当本实用新型第一次接通电源使用时，因C3没充电，故而也不延时而迅速自动供电。
3.过压保护。本实用新型的过压检测电路由W1、D6、C6和D8组成，通过W1整定过压保护动作值。当电源电压未超过过压保护动作值时，D6的输出电位低于IC的5脚电位，D8截止，本实用新型正常供电。若电源电压超过过压保护动作值时，D6的输出电位将高于IC的5脚电位，D8导通，使5脚电位随之升高，亦即使IC的下比较器同相端电位升高，但其反相端电位此时不变，相对而言也就是降低了反相端电位。当反相端电位低于5脚电位的一半时，IC动作，其3脚输出高电位，J释放，自动断电，FD1灭，FD2亮。待电源电压低于过压保护动作值时，经延时后自动恢复供电。本实用新型的过压保护动作值整定为245伏，过压保护范围245至450伏，过压恢复供电值242伏，返回系数0.99。
4.欠压保护。本实用新型的欠压检测电路由W2、D7、C7、R3和D9组成，通过W2整定欠压保护动作值。当电源电压正常时，D7的输出电位高于IC的2脚电位，D9截止，本实用新型正常供电。当电源电压低于欠压保护动作值时，D7的输出电位将低于IC的2脚电位，D9导通，2脚电位因R3分流而降低。当2脚电位低于1／3VCC时，IC动作，其3脚输出高电位，J释放，自动断电，FD1灭，FD2亮。待电源电压高于欠压保护动作值时，经延时后自动恢复供电。本实用新型的欠压保护动作值整定为175伏，欠压保护范围0至175伏，欠压恢复供电值178伏，返回系数0.98。
5.过流或过负荷保护。本实用新型的过流或过负荷检测电路由LH1、W3、D10、C8、R4、C9、R5和D11组成，其中R4和C9还组成延时和反时限电路；通过W3整定过流或过负荷保护额定值。LH1的次级感应电压信号是正比于初级负载电流的。正常工作时，C9的电位低于IC的5脚电位，D11截止。当负载电流超过过流或过负荷保护动作值时，C9的电位将高于5脚电位，D11导通，产生类似过压保护的动作，J释放，自动断电，FD1灭，FD2亮。待负载电流低于过流或过负荷保护动作值后，经延时自动恢复供电。本实用新型的过流或过负荷保护额定值整定为5安，超过额定值0.1安时动作，可整定的额定值范围2至7.5安，返回系数0.95至0.98。
当负载电流从零陡升到超过过流或过负荷保护动作值时，经R4、C9延时6秒钟后，若负载电流仍未低于动作值，则过流或过负荷保护迅速动作。其作用是当家用电器中的电机启动时，其启动电流可瞬间高达电机额定电流的4至7倍，该瞬时大电流很可能超过额定的动作值。只有经过延时才能躲过启动大电流，保证家用电器的正常使用。另外，过电流越大，D10输出的电位越高，R4向C9充电就越快，保护动作也就越迅速。这种反时限特性既能快速切除故障电流，又能保证用电系统的安全。根据电压一定，用电量与电流成正比的原理，本实用新型还可用作家庭用电定量器使用。
6.漏电或触电保护。本实用新型的漏电或触电检测电路由LH2、C12和W4组成，漏电试验电路由AN和R12组成，W4为漏电或触电保护灵敏度调整元件。当发生漏电或触电时，LH2有交流感应电压信号输出，其负半周将使IC的2脚电位降低；当2脚电位低于1／3VCC时，IC动作，其3脚输出高电位，J释放，自动断电，FD1灭FD2亮。待故障排除后，经延时自动恢复供电。为了检查本实用新型的漏电或触电保护效果，按AN，应产生相应的保护动作。本实用新型的漏电或触电动作电流值，脉冲时为不大于20毫安，非脉冲时不大于30毫安；保护动作时间为不大于0.2秒。
本实用新型的特点是1.实现了家庭用电系统的总保护，产品系列化程度较高，还可作为家庭用电定量器使用，安装维修方便，适用性强。2.具有断电复电自动延时供电、断电时间记忆和过压、欠压、过流或过负荷、漏电或触电保护等功能，功能齐全，且全部保护动作均能在恢复正常后经延时自动供电，有效地保护了所有家庭用电设备。3.设计新颖合理，电路简单，动作准确可靠，精度较高，返回系数大，成本低，效益好。
权利要求1.集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是它由NE555集成元件(IC)、2个电感器(L1、L2)、电流互感器(LH1)、零序电流互感器(LH2)、14个二极管(D1至D14)、3个稳压二极管(WD1至WD3)、2个发光二极管(FD1、FD2)、4个微调电阻(W1至W4)12个电阻(R1至R12)、12个电容(C1至C12)、漏电试验按钮(AN)和小型继电器(J)构成。
2.根据权利要求1所述的集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是由R2和C4组成的瞬间断电复电延时供电的延时时限为6至7分钟，重复精度±5秒；非瞬间断电复电延时供电的延时时限依据由C3、R1和R2组成的放电电路所记忆的实际断电时间而相应缩短；当断电时间超过8分钟后复电时，延时供电时限不超过1秒钟。
3.根据权利要求1所述的集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是过压检测电路由W1、D6、C6和D8组成；过压保护动作值整定为245伏，过压保护范围245至450伏，过压恢复供电值242伏，返回系数0.99。
4.根据权利要求1所述的集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是欠压检测电路由W2、D7、C7、R3和D9组成；欠压保护动作值整定为175伏，欠压保护范围0至175伏，欠压恢复供电值178伏，返回系数0.98。
5.根据权利要求1所述的集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是过流或过负荷检测电路由LH1、W3、D10、C8、R4、C9、R5和D11组成，其中R4和C9还组成延时和反时限电路；过流或过负荷保护额定值整定为5安，超过额定值0.1安时动作，可整定的额定值范围2至7.5安，返回系数0.95至0.98。
6.根据权利要求1所述的集成电路全功能家庭用电总保护器，其特征是漏电或触电检测电路由LH2、C12和W4组成，漏电试验电路由AN和R12组成；漏电或触电动作电流值，脉冲时为不大于20毫安，非脉冲时不大于30毫安，保护动作时间为不大于0.2秒。
专利摘要集成电路全功能家庭用电总保护器，主要由NE555集成元件、电感器、电流互感器、零序电流互感器、小型继电器及其它电子元器件组成。它具有继电复电延时供电、断电时间记忆和过压、欠压、过流或过负荷、漏电或触电等保护功能，设计合理，电路简单，功能齐全，动作准确可靠，精度较高，返回系数大、成本低，效益好，适用性强，还可用作家庭用电定量器使用，有效地保护了所有家庭用电设备。
文档编号H02H3/10GK2043018SQ8821838
公开日1989年8月16日 申请日期1988年9月15日 优先权日1988年9月15日
发明者唐春初 申请人:唐春初